python之Socket网络编程

什么是网络？

网络是由节点和连线构成，表示诸多对象及其相互联系。在数学上，网络是一种图，一般认为专指加权图。网络除了数学定义外，还有具体的物理含义，即网络是从某种相同类型的实际问题中抽象出来的模型。在计算机领域中，网络是信息传输、接收、共享的虚拟平台，通过它把各个点、面、体的信息联系到一起，从而实现这些资源的共享。网络是人类发展史来最重要的发明，提高了科技和人类社会的发展。

网络通信的三要素

• IP地址
  • 用来表示一台独立的主机
  • 特殊的IP地址 127.0.0.1或称localhost(表示本地回环地址，保留地址等)，可用于本机测试
• 端口号
  • 要将数据发送到对方指定的应用程序上，为了标识这些应用程序，所以给这些网络应用程序都用数字进行标识。为了方便称呼这些数字，则将这些数字称为端口
• 传输协议
  • TCP协议：传输控制协议
    • 面向连接：传输之前需要建立连接
    • 在连接过程中进行大量数据传输
    • 通过三次握手方式连接，属于安全可靠连接
    • 传输速率慢，效率低
  • UDP协议：用户传输协议
    • 面向无连接：传输过程不需要建立连接即可传输
    • 每个数据传输的大小都限制在64K以内
    • 传输过程不可靠
    • 传输速率快，效率高

SOCKET网络编程

如简单的实现一个WEB小程序

import socket
def handle_request(client):
    buf = client.recv(1024)
    client.send(bytes("HTTP/1.1 200 OK

",'utf8'))
    client.send(bytes("Hello, World",'utf8'))

def main():
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    sock.bind(('localhost', 8080))
    sock.listen(5)

    while True:
        connection, address = sock.accept()
        handle_request(connection)
        connection.close()


if __name__ == '__main__':
    main()

Python 提供了两个级别访问的网络服务：

• 低级别的网络服务支持基本的 Socket，它提供了标准的 BSD Sockets API，可以访问底层操作系统Socket接口的全部方法。
• 高级别的网络服务模块 SocketServer， 它提供了服务器中心类，可以简化网络服务器的开发。

什么是socket?

　　Socket又称"套接字"，应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求，使主机间或者一台计算机上的进程间可以通讯。

Socket()函数：

socket.socket([family[, type[, proto]]])

参数

• family: 套接字家族可以使AF_UNIX或者AF_INET
• type: 套接字类型可以根据是面向连接的还是非连接分为SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM
• protocol: 一般不填默认为0。

通信流程

#######server端##########

import socket

sk = socket.socket()
address = ('127.0.0.1', 8000)
sk.bind(address)
sk.listen(3)

while True:
    conn, addr = sk.accept()
    while True:
        try:
            data = conn.recv(1024)
            print(str(data, 'utf8'))
            if not data:
                break
            inp = input(">>>")
            conn.send(bytes(inp, 'utf8'))
        except Exception:
            break

conn.close()

##########Client端###########
import socket

sk = socket.socket()
address = ('127.0.0.1', 8000)
sk.connect(address)
while True:
    inp = input(">>>")
    if inp == "exit":
        break
    sk.send(bytes(inp, 'utf8'))
    data = sk.recv(1024)
    print(str(data, 'utf8'))
sk.close()

Socket内建方法

s.bind()	绑定地址（host,port）到套接字， 在AF_INET下,以元组（host,port）的形式表示地址。
s.listen()	开始TCP监听。backlog指定在拒绝连接之前，操作系统可以挂起的最大连接数量。该值至少为1，大部分应用程序设为5就可以了。
s.accept()	被动接受TCP客户端连接,(阻塞式)等待连接的到来

客户端套接字
s.connect()	主动初始化TCP服务器连接，。一般address的格式为元组（hostname,port），如果连接出错，返回socket.error错误。
s.connect_ex()	connect()函数的扩展版本,出错时返回出错码,而不是抛出异常

公共用途的套接字函数
s.recv()	接收TCP数据，数据以字符串形式返回，bufsize指定要接收的最大数据量。flag提供有关消息的其他信息，通常可以忽略。
s.send()	发送TCP数据，将string中的数据发送到连接的套接字。返回值是要发送的字节数量，该数量可能小于string的字节大小。
s.sendall()	完整发送TCP数据，完整发送TCP数据。将string中的数据发送到连接的套接字，但在返回之前会尝试发送所有数据。成功返回None，失败则抛出异常。
s.recvform()	接收UDP数据，与recv()类似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收数据的字符串，address是发送数据的套接字地址。
s.sendto()	发送UDP数据，将数据发送到套接字，address是形式为（ipaddr，port）的元组，指定远程地址。返回值是发送的字节数。
s.close()	关闭套接字
s.getpeername()	返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。
s.getsockname()	返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)
s.setsockopt(level,optname,value)	设置给定套接字选项的值。
s.getsockopt(level,optname[.buflen])	返回套接字选项的值。
s.settimeout(timeout)	设置套接字操作的超时期，timeout是一个浮点数，单位是秒。值为None表示没有超时期。一般，超时期应该在刚创建套接字时设置，因为它们可能用于连接的操作（如connect()）
s.gettimeout()	返回当前超时期的值，单位是秒，如果没有设置超时期，则返回None。
s.fileno()	返回套接字的文件描述符。
s.setblocking(flag)	如果flag为0，则将套接字设为非阻塞模式，否则将套接字设为阻塞模式（默认值）。非阻塞模式下，如果调用recv()没有发现任何数据，或send()调用无法立即发送数据，那么将引起socket.error异常。
s.makefile()	创建一个与该套接字相关连的文件

实例

#########Server端##########

import socket
import subprocess

sk = socket.socket()
address = ('127.0.0.1', 8000)
sk.bind(address)
sk.listen(3)


while True:
    conn, addr = sk.accept()
    while True:
        try:
            data = conn.recv(1024)
        except Exception:
            break
        if not data:
            break

        # print(str(data, 'utf8'))
        # data = str(data, 'utf8')#解码同decode
        obj = subprocess.Popen(data.decode('utf8'), shell=True, stdout=subprocess.PIPE)
        ssh_result = obj.stdout.read()
        result_len = bytes(str(len(ssh_result)),'utf8')
        conn.send(result_len)

        conn.send(ssh_result)

conn.close()


#########Client#########


import socket

sk = socket.socket()
address = ('127.0.0.1', 8000)
sk.connect(address)

while True:
    inp = input(">>>")
    if inp == "exit":
        break
    sk.send(bytes(inp, 'utf8'))
    result_len = int(str(sk.recv(1024), 'utf8'))
    print(result_len)
    data = bytes()
    while len(data) != result_len:
        recv = sk.recv(1024)
        data += recv
    print(str(data, 'gbk'))
sk.close()

文件上传

import socket
import os

sk = socket.socket()
address = ('127.0.0.1', 8000)
sk.bind(address)
sk.listen(3)

BASE_DIR = os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))

while True:
    conn, addr = sk.accept()
    while True:
        data = conn.recv(1024)
        cmd, file_name, file_size = str(data, 'utf8').split('|')
        path = os.path.join(BASE_DIR, 'model', file_name)
        file_size = int(file_size)

        f = open(path, 'ab')
        has_recv = 0
        while has_recv != file_size:
            data = conn.recv(1024)
            f.write(data)
            has_recv += len(data)
        f.close()

import socket
import os

sk = socket.socket()
address = ('127.0.0.1', 8000)
sk.connect(address)

BASE_DIR = os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))

while True:
    inp = input(">>>>").strip()
    path = os.path.join(BASE_DIR, inp)

    file_name = os.path.basename(path)
    file_size = os.stat(path).st_size
    file_info = 'post|%s|%s' % (file_name, file_size)
    sk.sendall(bytes(file_info, 'utf8'))

    f = open(path, 'rb')
    has_sent = 0
    while has_sent != file_size:
        data = f.read(1024)
        sk.sendall(data)
        has_sent += len(data)

    f.close()
    print("上传成功")

 socketserver

socketserver模块简化了网络编程服务程序的任务，同时SocketServer模块也是Python标准库中很多服务器框架的基础。

学习它的最好办法是自己浏览一遍它的源码。

首先先看一下如何去运用

import socketserver

class MyServer(socketserver.BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        print("服务端启动")
        while True:
            conn = self.request

            while True:
                data = conn.recv(1024)
                print(str(data, 'utf8'))
                inp = input(">>>>>")

                conn.sendall(bytes(inp, 'utf8'))
            conn.close()

if __name__ == '__main__':
    server = socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1', 8080), MyServer)
    server.serve_forever()

import socket

sk = socket.socket()

address = ('127.0.0.1', 8080)

sk.connect(address)
print("客户端启动")

while True:
    inp = input(">>>>>")
    sk.sendall(bytes(inp, 'utf8'))
    if inp == "q":
        break
    data = sk.recv(1024)
    print(str(data, 'utf8'))
sk.close()

此代码简单的实现了server端能同时和多个client聊天的功能。

我们在看源码前，首先要明确的是它分了几个类及每个类的功能作用等。

There are five classes in an inheritance diagram, four of which represent
synchronous servers of four types:

 下面的就不一一详细说了，想要了解的更透彻，还是看一遍源码吧。